《向心力》教学设计.doc

向心力教学设计人教版物理必修【教材分析】（一）教材的地位和作用 “向心力”是人教版物理必修第五章第七节内容。教材的前两节从运动学的角度介绍了描述圆周运动的几个物理量及向心加速度。本节从动力学角度研究圆周运动。教材首先根据牛顿第二定律和向心加速度表达式得到向心力表达式，定义向心力概念。讨论向心力的性质和特点。对推出的向心力表达式用圆锥摆实验来验证，最后分析变速圆周运动和一般的曲线运动的受力分析情况和处理方法。教材的这种结构能较好的突出理论与实践的统一。使学生明白物理规律既可以直接从实验得出，也可以用已知规律从理论上导出。同时对本节内容的学习，为今后学习万有引力与航天、带电粒子在磁场中的圆周运动奠定基础。 （二）教学目标1、知识与技能目标 理解向心力的概念 会分析向心力的来源 掌握向心力的表达式。能从牛顿第二定律的角度理解公式的确切含义并进行简单计算 初步了解“用圆锥摆粗略验证向心力的表达式”的原理 会测量、分析实验数据，获得实验结论2、过程与方法 通过向心力概念的学习，知道从不同角度研究问题的方法 通过科学探究，领会理论可指导实践，实践是检验认识真理性标准的哲学方法 通过匀速圆周运动的动力学处理方法，到变速圆周运动，再到一般曲线运动，体会由特殊到一般的方法。3、情感态度与价值观 通过列举生活中的事例，培养学生观察生活、热爱生活，从生活走向物理的感情 通过探究活动，使学生积极参与课堂活动，获得成功喜悦，提高学习物理的兴趣和自信心 经历科学探究过程，培养学生合作交流的品质，实事求是的科学态度。（三）教学的重点和难点 教学重点：向心力概念的建立及计算公式的得出及应用 教学难点：向心力的来源【教学设计思路】 本设计首先通过探究匀速匀速圆周运动的物体所受合力的特点得到向心力的概念、性质、来源。向心力大小的教学设计了三个环节：定性实验、理论推导、实验验证。然后把匀速圆周运动的动力学处理方法推广到变速圆周运动、一般曲线运动。最后通过例题教学归纳出解答匀速圆周运动的一般步骤。【学情分析】 学生通过前面知识的学习，已掌握了受力分析、力的合成与分解、牛顿第二定律、向心加速度等知识。并掌握了一定的实验操作技能。为本节课的探究学习奠定基础。【教学资源】 轻重不同的小沙袋 、铁架台、 摆球、画有两个同心圆的白纸、刻度尺、停表、投影仪、多媒体课件。【教学设计流程图】复习提问 导入新课展示教学目标新课教学例题教学一般曲线运动变速圆周运动向心力大小教学向心力概念性质教学例题解答问题导入视频 过山车实验验证理论推导定性实验运用举例受力分析理论推导逻辑推理总结方法动力学处理方法提炼模型受力分析动力学处理方法【教学过程】（一）、提问复习导入新课可用什么物理量描述匀速圆周运动的快慢？物体做匀速圆周运动是运动状态发生变化了吗？为什么？做匀速圆周运动的物体的加速度有什么特点？（设计意图）承上启下，前面从运动学角度学习了圆周运动。本节从动力学角度研究圆周运动。(二）展示教学目标 理解向心力的概念 会分析向心力的来源 掌握向心力的表达式。能从牛顿第二定律的角度理解公式的确切含义并进行简单计算 初步了解“用圆锥摆粗略验证向心力的表达式”的原理 会测量、分析实验数据，获得实验结论（设计意图）给学生方向感。(三)新课教学 一、探究：匀速圆周运动的物体所受合力特点视频播放实物动画 ONFOGN与G相平衡，所以合力为F.受力分析：(设计意图)：通过受力分析，让学生自主得出，物体做匀速圆周运动，合外力指向圆心。理论推导：由牛顿第二定律可知，合力与加速度方向一致，匀速圆周运动的物体具有向心加速度，所以它受的合力必指向圆心。定义向心力概念。并板书：向心力概念 方向VFFFVVO设计意图：培养学生从不同角度研究问题的方法。逻辑推理：问：学生为什么物体受到向心力就会做匀速圆周运动？（引导学生从动力学角度分析） 因为向心力指向圆心，而线速度沿切线方向，向心力与线速度垂直，沿线速度方向没有加速度，线速度的大小不变。所以向心力的作用是产生向心加速度，用来改变线速度的方向，不改变大小。设计意图：得出向心力的作用效果，并板书。视频播放带转盘的餐桌和洗衣机。 提炼模型并要求学生受力分析GF静FNFNGF静F向=F合=F静F1FF2通过受力分析得出提供向心力的 和 均沿半径方向，而与半径垂直的另两个力不提供向心力的结论。问：若物体受到一个既不沿半径又不与半径垂直的力应如何处理？如圆锥摆（投影模型并实物展示）G学生归纳：方法一 把拉力沿半径与垂直半径正交分解。方法二；把重力与拉力合成。：（设计意图）:通过受力分析,突破向心力来源的难点,让学生感悟：向心力并不是什么特殊的力，而是匀速圆周运动的物体所受合力。它是按作用效果命名的的力。引导学生分析得出：上例中提供向心力的静摩擦力和弹力均沿半径方向，与半径方向垂直的力不提供向心力。这就提供了一个方法：若物体受到一个既不沿半径又不与半径垂直的力，就可将它沿这两个方向正交分解。如圆锥摆的例子。二、向心力大小教学：1 学生实验探究：感受向心力定性探究影响向心力大小的因素 实验器材：用绳子拴住的两个轻重不同的沙袋 实验猜想：向心力可能跟质量、半径和角速度有关 实验原理：控制变量法、保持m、r不变，探究F与的关系 结论：m、r不变时，F随的增大而增大、保持m、不变，探究F与r的关系 结论： 结论：m、不变时，F随r增大而增大、保持、r一定，探究F与m的关系结论：、r不变时，F随r的增大而增大（设计意图)感受向心力，定性得出向心力跟质量、半径和角速度的关系，用生活中简单的器材，拉近科学与生活的距离。培养学生观察生活热爱生活的感情，体现从生活走向物理的教学理念。体会控制变量法在实验中的作用。2 理论推导（并板书） 牛顿第二定律，向心加速度表达式 (设计意图)凸现人类认识规律，由感性到理性，由定性到定量。初步体会探究成功的喜悦。提高学习物理的兴趣3 学生分组实验：用圆锥摆粗略验证向心力的表达式（学生初次操作不容易使摆球做圆周运动。告诉学生操作技巧：用手抓住小球带着它沿圆轨道转动几圈再放手，这样小球由于惯性，可在圆轨道上平稳的摆动较长时间。给时间的测量带来方便）实验的基本原理？从运动的角度求得Fn ；从受力的角度求得F合 ；将Fn 和F合 进行比较并 验证rOOlhFTGF合F合mg tan小球所需向心力实验需要的器材：钢球、细线、画有同心圆的白纸、秒表、直尺实验需要测量的数据有哪些？如何测量？转n圈数所用时间t和h 注意事项：1、h 并不等于纸面距悬点的高度2、小球与纸面不能接触3、启动小球时应确保小球做的是匀速圆周运动实验数据处理：（小球直径2cm）h/m转 圈的时间 t/sT/s（设计意图）：培养学生动手操作能力，严谨认真、实事求实的科学态度及合作交流的品质。并领会理论指导实践，实践是检验认识真理标准的哲学方法。（第一课时结束）FNG1G2GV三、变速圆周运动视频：过山车并提炼模型受力分析得到合力不指向圆心切向分力 ，产生切向加速度，改变速度的大小.法向心分力 ，产生向心加速度，改变速度的方向.切向力和法向力协同作用该变线速度的大小和方向。（设计意图）：通过受力分析让学生自主发现问题，合力不指向圆心的圆周运动的动力学处理办法。四、一般曲线运动的处理方法r1r2问题：生活中物体运动的轨迹，大多既不是直线，也不是圆周，而是一般曲线运动，如何研究？把一般曲线分割为许多极短的小段，每一段都可以看作一小段圆弧.这些圆弧的弯曲程度不一样，表明它们具有不同的曲率半径.注意到这点区别之后，在分析质点经过曲线上某位置的运动时，就可以采用圆周运动的分析方法进行处理了.（设计意图）：由匀速圆周运动的动力学处理方法到变速圆周运动再到一般曲线运动，让学生领会由特殊到一般的方法。体会无限分割极限思想。五、例题教学：如图，已知绳长为L=20cm,水平杆L=0.1cm,小球质量m=0.3kg,整个装置可绕竖直轴转动，问：要使绳子与竖直方向成450角，试求该装置必须以多大的角速度转动才行？此时绳子的张力是多大？解：对小球受力分析如图，设绳对小球的拉力为 F，重力为mg ，拉力进行正交分解；则：GFF1F2450rF2=Fcos45=mg F1=Fsin45=mr2 r=L+Lsin45联立以上方程，将数值代入可得：=6.4rad/s F=mg/cos45=4.16N解圆周运动问题的步骤：确定做圆周运动的物体为研究对象确定圆周运动的轨道平面、圆心位置和半径对研究对象进行受力分析，画出受力示意图运用平行四边形定则或正交分解法求出向心力根据向心力公式，选择一种形式列方程求解。六、小结1、向心力的来源 2、匀速圆周运动仅有向心加速度，同时具有切向和法向加速度的是变速圆周运动 3、匀速圆周运动的向心加速度大小不变，方向指向圆心，时刻变化，所以不是匀变速运动 七、作业：P22 第2题，P23 第4、5题（设计意图）培养学生分析问题，解决问题的能力 八、板书设计 向心力 一、向心力1、定义；做匀速圆周运动的物体具有向心加速度，根据牛顿第二定律，这个加速度一定是由于它受到指向圆心的合力，这个合力叫向心力 2、表达式： 3、向心力的方向；始终指向圆心，时刻变化。 4、向心力由匀速圆周运动的物体所受合力提供（设计意图）把整节课的重点内容呈现给学生，让学生一目了然【教学设计说明】本节课教学设计注重学生学习过